Pesquisadores em destaque: Entrevistas com vencedores do Prêmio CAPES de Tese 2018.


A lista com os nomes dos vencedores do Prêmio Capes de Tese 2018 foi divulgada no início deste mês de outubro. O prêmio distingue os autores das melhores teses de doutorado defendidas em 2017 em programas de pós-graduação de instituições brasileiras. A cerimônia de entrega dos prêmios ocorrerá no dia 13 de dezembro, em Brasília.

O Boletim da SBPMat entrevistou alguns dos vencedores, premiados por trabalhos realizados sobre temas da área de Materiais. Conheça estes jovens doutores e os trabalhos deles.

Entrevista com Andrey Coatrini Soares, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Materiais.

Andrey Coatrini Soares
Andrey Coatrini Soares

Andrey Coatrini Soares (natural de Aguaí – SP, 33 anos) começou a ganhar experiência em pesquisa já no primeiro ano da graduação em Física da USP, quando começou seu estágio de iniciação científica, que acabou só no final da licenciatura, em 2010. Depois, ele optou por fazer mestrado e, na sequência, doutorado, ambos no programa Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais da USP. Tanto na iniciação quanto no mestrado e, finalmente, no doutorado, ele teve orientação do professor Osvaldo Novais de Oliveira Junior, e trabalhou com filmes nanoestruturados com aplicações na área de saúde. “Ingressar na iniciação científica logo no primeiro ano de graduação e poder trabalhar com pesquisadores que são referência na área foi crucial para acumular experiência na área do tema da tese”, diz o vencedor do prêmio da Capes, que continua trabalhando com filmes nanoestruturados para saúde, agora como bolsista de pós-doutorado no IFSC-USP.

Em sua pesquisa de doutorado, Soares conseguiu desenvolver um sensor de baixo custo, fabricado com materiais de fontes renováveis, que detecta em 8 minutos o câncer de pâncreas, A pesquisa foi realizada no Grupo de Polímeros Prof. Bernhard Gross do IFSC-USP, em parceria com o Centro de Pesquisa em Oncologia Molecular do Hospital de Câncer de Barretos, e com o Laboratório de Microfabricação do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). “A junção da experiência na área clínica da equipe de Barretos, a experiência na área de fotolitografia/dispositivos da equipe do CNPEM, e a experiência em biossensores e filmes finos da equipe de São Carlos permitiu uma seleção rígida de quais tipos de materiais seriam utilizados, os tipos de dispositivos a serem testados e, principalmente, qual tipo de câncer seria detectado”, diz Soares. 

Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?

Eletrodo interdigitado de Au funcionalizado com anticorpos Anti CA-19 para detecção precoce de câncer de pâncreas.
Eletrodo interdigitado de Au funcionalizado com anticorpos Anti CA-19 para detecção precoce de câncer de pâncreas.

Andrey Coatrini Soares: – O maior problema para o diagnóstico do câncer de pâncreas é a característica silenciosa da doença; ou seja, o tumor só é detectado num estágio avançado da mesma. Por isto, este tipo de câncer possui a maior taxa de mortalidade dentre todos os cânceres (99,3% segundo dados da Agência Internacional de Pesquisa em Câncer, IARC). Além disto, o custo atual do diagnóstico comercial somado ao tempo de detecção do mesmo (aproximadamente 40 minutos) não são aliados do paciente. Estes foram os principais fatores que induziram a nossa escolha para desenvolvermos um biossensor miniaturizado, de baixo custo e rápida detecção, que pudesse ser implementado em consultórios e hospitais, permitindo que o corpo clínico, por exemplo, tome decisões relativas ao tratamento do paciente ou analise a eficiência da quimioterapia sem a necessidade do uso de diagnósticos invasivos.

Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.

Andrey Coatrini Soares: – O trabalho da tese de doutoramento desenvolveu um diagnóstico de baixo custo, usando materiais biocompatíveis e biodegradáveis, de fontes renováveis, tais como a quitosana (presente no exoesqueleto de camarão) e a concanavalina A (proteína extraída das sementes da Fruta Pão). A versatilidade destes biossensores permite que os mesmos possam ser implantados nos pacientes para rastreio em tempo real dos biomarcadores presentes no sangue. Cada teste tem um custo de R$ 5,00-6,00, que detecta o câncer de pâncreas em apenas 8 min, usando apenas 10µL de sangue. A tese foi também laureada com o prêmio Tese Destaque USP 2018 na área multidisciplinar, além de gerar, até o momento, dois trabalhos publicados nas revistas ACS Applied Materials and Interface e Analyst, um artigo em preparação, e mais 5 trabalhos em colaboração com pesquisadores que participaram da tese, que relatam o desenvolvimento de outros biossensores para detecção de câncer de mama, câncer de cabeça e pescoço e HPV. Tais resultados vêm sendo amplamente divulgados na mídia (Portal G1, Revista Pesquisa FAPESP, Agência FAPESP, Portal Onconews,). Além disto, uma patente está em desenvolvimento e futuramente será depositada. Os trabalhos estão listados abaixo:

  • Soares, A. C.; Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Rodrigues, V.C.; Awan, I.T.; Melendez, M.E.;  Piazzetta, M.H.O.; Gobbi, A.L.; Reis, R.M.; Fregnani, J.H.T.G.; Carvalho, A. L.; Oliveira Junior, O. N. A simple architecture with self-assembled monolayers to build immunosensors for detecting the pancreatic cancer biomarker CA19-9. Analyst 2018, 143, 3302-3308.
  • Soares, A. C.; Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Melendez, M. E.; Carvalho, A. L.; Oliveira, O. N. Controlled Film Architectures to Detect a Biomarker for Pancreatic Cancer Using Impedance Spectroscopy. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7 (46), 25930–25937. DOI: 10.1021/acsami.5b08666
  • Soares, A. C.; Soares, J. C.; Rodrigues, V.C.; Follmann, H. D. M.; Arantes, L.M.R.B.; Carvalho, A. C.; Melendez, M.E.; Reis, R.M.; Fregnani, J.H.T.G.; Carvalho, A. L.; Oliveira Junior, O. N. Microfluidic-Based Genosensors to Detect HPV16 in Head and Neck Cancer. ACS Applied Materials and Interfaces 2018.
  • Thapa, A.; Soares, A. C.; Soares, J. C.; Awan, I. T.; Volpati, D.; Melendez, M. E.; Fregnani, J. H. T. G.; Carvalho, A. L.; Oliveira, O. N. Carbon Nanotube Matrix for Highly Sensitive Biosensors To Detect Pancreatic Cancer Biomarker CA19-9. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (31), 25878–25886
  • Rodrigues, V.C; Comin, C. H.; Soares, J. C.; Soares, A. C. et al. Analysis of Scanning Electron Microscopy Images To Investigate Adsorption Processes Responsible for Detection of Cancer Biomarkers. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (7), 5885-5890.
  • Soares, J. C.; Iwaki, L. E. O.; Soares, A. C. et al. Immunosensor for Pancreatic Cancer Based on Electrospun Nanofibers Coated with Carbon Nanotubes or Gold Nanoparticles. ACS Omega 2017, 2 (10) 6975-6983.
  • Soares, J. C.; Soares, A. C.; Raymundo-Pereira, P. A. et al. Adsorption according to the Langmuir–Freundlich model is the detection mechanism of the antigen p53 for early diagnosis of cancer. RSC Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 8412-8418.
  • Soares, J. C.; Shimizu, F. M.; Soares, A. C.; Caseli, L.; Ferreira, J.; Oliveira, O. N. Supramolecular Control in Nanostructured Film Architectures for Detecting Breast Cancer. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7 (22), 11833–11841.

Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?

frase andreyAndrey Coatrini Soares: – Trabalho em equipe, dedicação integral, além do financiamento da CAPES e FAPESP! No nosso trabalho tivemos a participação de 12 pesquisadores/colaboradores em diferentes áreas do conhecimento, desde engenheiros de materiais, químicos, físicos, médicos, geneticistas e biólogos. Meus sinceros agradecimentos a todos eles: Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, meu orientador e mestre, Dra. Juliana Coatrini Soares, Dra. Valquiria da Cruz Rodrigues, Dr. Flavio Makoto Shimizu, Dra. Maria Helena Piazzetta, Dr. Rui Murer, Dr. Angelo Luiz Gobbi, Dr. Matias Melendez, Dra. Lidia Rebolho Arantes, Dr. Rui Reis, Dr. José Humberto Fregnani e Dr. André Lopes Carvalho, além do Dr. Rodrigo Marques de Oliveira e André Brisolari, responsáveis por orientar os primeiros passos na ciência. O destaque nacional alcançado pelo trabalho é unicamente o fruto do esforço de toda a equipe, competente e coesa, que busca, de alguma forma, retornar à população o investimento feito em nossa formação, através de um produto que seja acessível à todas as camadas da sociedade.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.

Andrey Coatrini Soares: – Ingressar na área acadêmica é ter ciência que praticamente todo o aprendizado será construído principalmente pelas perguntas que você fará, pelos erros que cometerá tentando respondê-las e como você lidará com desafios que o trabalho irá impor a você. É neste crescimento que aprendemos a lidar com a pressão diária por resultados e a enfrentar todos os obstáculos técnicos do trabalho. Certamente, a satisfação de vencer cada obstáculo juntamente com a satisfação de contribuir com a ciência em um país que não valoriza os pesquisadores, superam todas as dificuldades vividas durante o período do doutorado. Por isso, valorizar cada momento de trabalho individual ou em grupo, cada conversa com o orientador e, principalmente, valorizar suas conquistas, mesmo que sejam mínimas, é muito importante. E nunca deixar os momentos de lazer em segundo plano!


Entrevista com Bruno Ricardo de Carvalho, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Astronomia/Física.

  • Tese: Raman Spectroscopy in MoS2-type Transition-Metal Dichalcogenides. Disponível em: http://lilith.fisica.ufmg.br/posgrad/Teses_Doutorado/decada2010/bruno-carvalho/
  • Autor: Bruno Ricardo de Carvalho. CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/6214643115504976
  • Orientador: Marcos Assunção Pimenta (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG)
  • Coorientadores: Cristiano Fantini Leite (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG) e Mauricio Terrones (The Pennsylvania State University).
  • Instituição: Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).
Bruno Ricardo de Carvalho
Bruno Ricardo de Carvalho

Bruno Ricardo de Carvalho (natural de Cuiabá – MT, 29 anos) sempre gostou de óptica. Quando era uma criança, queria saber por que o céu é azul, como se forma o arco-íris…. Entretanto, até poucos anos atrás, ele não imaginava que se tornaria um doutor na área de espectroscopia óptica.

Carvalho fez graduação e mestrado em Física na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT). Durante o mestrado, orientado pelo professor Jorge Luiz Brito de Faria, começou a estudar nanomateriais bidimensionais por meio de simulações computacionais. Instigado pelo desejo de analisar experimentalmente esses materiais, ele decidiu fazer o doutorado na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) com a orientação do professor Marcos A. Pimenta, que era autor de interessantes artigos que Carvalho tinha lido sobre análise de nanomateriais pela técnica de espectroscopia Raman ressonante. Dessa maneira, trabalhando no Laboratório de Espectroscopia Raman da UFMG, Carvalho obteve os principais resultados da tese premiada.

Assim que iniciou o doutorado, Carvalho demonstrou interesse em realizar um estágio no exterior para conhecer como era a interação com outros grupos de pesquisa e, tal interesse foi expressado ao seu orientador. Assim, ao completar dois anos de doutorado, Carvalho se mudou para a cidade de State College nos Estados Unidos, onde passou um ano participando de vários projetos de pesquisa sobre materiais bidimensionais e suas aplicações, na famosa Universidade Estadual da Pensilvânia, sob orientação do professor Mauricio Terrones. “Foi um ano bem árduo de total dedicação e foco, mas também bem produtivo”, diz Carvalho, lembrando dos artigos gerados nesse período e publicados em periódicos de alto impacto, com repercussão em sites de divulgação científica internacionais, e das colaborações com grupos de pesquisa teóricos e experimentais. Atualmente Bruno de Carvalho é professor adjunto do Departamento de Física Teórica e Experimental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?

Modelo molecular de uma monocamada de MoS2 excitado por um laser verde. A luz vermelha após a interação elétron-fônon.
Modelo molecular de uma monocamada de MoS2 excitado por um laser verde. A luz vermelha após a interação elétron-fônon.

Bruno Ricardo de Carvalho: – A principal contribuição seria o modelo de dupla ressonância que propomos para explicar como uma banda Raman, conhecida como 2LA no MoS2, no qual é originada por um processo de espalhamento entre vales. O novo modelo apresentado para explicar tal processo pode ser estendido para outros sistemas bidimensionais. Este era um tópico aberto por mais de 30 anos na comunidade cientifica, no caso do material estudado na tese, e fomos capazes de propor uma explicação.

Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.

Bruno Ricardo de Carvalho: – Na tese queríamos demonstrar que tínhamos um problema específico e que o resolvemos. Assim, o estudo de espectroscopia Raman ressonante em MoS2 foi o foco da tese de doutoramento. Este trabalho gerou os dois principais artigos da tese:

  • Carvalho, Bruno R.; Malard, Leandro M.; Alves, Juliana M.; Fantini, Cristiano; Pimenta, Marcos A.; Symmetry-Dependent Exciton-Phonon Coupling in 2D and Bulk MoS2 Observed by Resonance Raman Scattering. Physical Review Letters 114 (13), 136403 (2015).
  • Carvalho, Bruno R.; Wang, Yuanxi; Mignuzzi, Sandro; Roy, Debdulal; Terrones, Mauricio; Fantini, Cristiano; Crespi, Vincent H.; Malard, Leandro M.; Pimenta, Marcos A.; Intervalley scattering by acoustic phonons in two-dimensional MoS2 revealed by double-resonance Raman spectroscopy. Nature Communications 8, 14670 (2017).

Outros artigos que também foram mencionados na tese incluem:

  • Pimenta, Marcos A.; del Corro, Elena; Carvalho, Bruno R.; Fantini, Cristiano; Malard, Leandro M.; Comparative Study of Raman Spectroscopy in Graphene and MoS2-type Transition Metal Dichalcogenides. Accounts of Chemical Research 48 (1), 41-47 (2015).
  • Feng, Simin; dos Santos, Maria C.; Carvalho, Bruno R.; Lv, Ruitao; Li, Qing; Fujisawa, Kazunori; Elías, Ana Laura; Perea-López, Nestor; Endo, Morinobu; Pan, Minghu; Pimenta, Marcos A.; Terrones, Mauricio; Ultrasensitive molecular sensor using N-doped graphene through enhanced Raman scattering. Science Advances 2 (7), e1600322 (2016).
  • Carozo, Victor; Wang, Yuanxi; Fujisawa, Kazunori; Carvalho, Bruno R.; McCreary, Amber; Feng, Simin; Lin, Zhong; Zhou, Chanjing; Perea-Lopez, Nestor; Elias, Ana Laura; Kabius, Bernd; Crespi, Vincent H.; Terrones, Mauricio; Optical identification of sulfur vacancies: Bound excitons at the edges of monolayer tungsten disulfide. Science Advances 3 (4), e1602813 (2017).

Uma lista completa das minhas publicações pode ser encontrada no meu currículo Lattes.

Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?

Bruno Ricardo de Carvalho: – A infraestrutura do laboratório e da instituição onde realizei a pesquisa foi fundamental para o desenvolvimento do trabalho. A discussão com os meus mentores e o regime de colaboração, isso torna o trabalho mais robusto e elegante quando existem pessoas de pontos de vista distintos trabalhando em conjunto.

frase brunoBoletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.

Bruno Ricardo de Carvalho: – Minha mensagem é que se dediquem ao que fazem. O doutorado é uma fase de intenso aprendizado e dedicação. Fazer ciência é ter uma postura sistemática, uma mente aberta, uma postura crítica e passar horas no laboratório. Isso tudo com esforço e dedicação, gera um trabalho que será reconhecido. E, muito mais do que isso, será um trabalho feito por você mesmo e isso, ao meu ver, é a melhor satisfação.


Entrevista com Henrique Bücker Ribeiro, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Engenharias IV.

  • Tese: Espectroscopia Raman em materiais bidimensionais. Disponível em: http://tede.mackenzie.br/jspui/handle/tede/3485
  • Autor: Henrique Bücker Ribeiro. CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/8598589588357585
  • Orientador: Eunézio Antonio de Souza (Universidade Presbiteriana Mackenzie).
  • Coorientador: Marcos Assunção Pimenta (Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG).
  • Instituição: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Presbiteriana Mackenzie.
Henrique Bücker Ribeiro
Henrique Bücker Ribeiro

Henrique Bücker Ribeiro (natural de Belo Horizonte – MG, 36 anos) era um estudante do bacharelado em Física na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), quando, em 2004, começou a incursionar na análise de materiais de baixa dimensionalidade (aqueles cuja espessura vai de 1 átomo até poucos nanometros) por meio da técnica de espectroscopia Raman. Dentro de um estágio de iniciação científica, guiado pelo professor Marcos Pimenta, ele estudou nanotubos de carbono. Além de orientar Ribeiro nesse início de carreira, o professor Pimenta lhe apresentou dois professores da Universidade Presbiteriana Mackenzie, Eunézio Antonio de Souza e Christiano José Santiago de Matos. “Eles desempenharam e desempenham até agora, com Marcos, papeis insubstituíveis como mentores e amigos”, diz Ribeiro.

A partir desse contato, em 2014, Ribeiro começou o doutorado na Mackenzie. Ali, ele continuou estudando materiais de baixa dimensionalidade por meio de espectroscopia Raman. Ribeiro começou pelo grafeno bicamada (material formado por átomos de carbono, como os nanotubos) e depois continuou com fósforo negro e monocalcogenetos. Além da infraestrutura da Mackenzie, Ribeiro utilizou equipamentos da UFMG, CTNnano (Belo Horizonte), LNNano (Campinas), bem como centros de computação da Unesp e Unicamp. O trabalho de tese de Ribeiro não apenas gerou conhecimento sobre os materiais estudados, como também contribuiu a aperfeiçoar o uso da técnica de Raman para sondar esse tipo de materiais. Hoje, Ribeiro está em estágio de pós-doutorado na Universidade de Stanford com auxílio de uma bolsa FAPESP, onde continua estudando materiais de baixa dimensionalidade, mais precisamente, processos optoeletrônicos de semicondutores bidimensionais.

Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a contribuição mais relevante da tese premiada?

Henrique Bücker Ribeiro: – Acredito que a contribuição mais importante da tese foi explicar um efeito não esperado observado ao medir a dependência angular dos espectros Raman em fósforo negro. Conseguimos explicar com esse estudo que, ao analisar a dependência angular dos espectros Raman para determinados cristais, é necessário considerar um tratamento matemático não usual. Esse trabalho virou uma importante referência para pesquisadores que trabalham com materiais de baixa dimensionalidade similares ao fósforo negro.

Representação artística de floco de fósforo negro iluminado por um laser verde. Luz vermelha: luz espalhada com energia diferente da incidente (espalhamento Raman). Ao girar o cristal, as medidas de dependência angular deveriam se comportar conforme a linha cinza mostrada no final da luz vermelha, mas se comportam como os pontos verdes.
Representação artística de floco de fósforo negro iluminado por um laser verde. Luz vermelha: luz espalhada com energia diferente da incidente (espalhamento Raman). Ao girar o cristal, as medidas de dependência angular deveriam se comportar conforme a linha cinza mostrada no final da luz vermelha, mas se comportam como os pontos verdes.

Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.

Henrique Bücker Ribeiro: – O trabalho mencionado acima gerou um artigo (https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5b00698) que atualmente possui mais de 130 citações e está no 1% de artigos mais citados da área de acordo com Essential Science Indicators, elaborados pela Clarivate Analytics, do grupo Thomson Reuters.

A tese está relacionada aos seguintes artigos:

  • RIBEIRO, HENRIQUE B.; PIMENTA, MARCOS A. ; DE MATOS, CHRISTIANO J. S. ; MOREIRA, ROBERTO LUIZ ; RODIN, ALEKSANDR S ; ZAPATA, JUAN D. ; DE SOUZA, EUNEZIO A. T. ; CASTRO NETO, ANTONIO H. . Unusual Angular Dependence of the Raman Response in Black Phosphorus. ACS Nano, v. 9, p. 4270–4276, 2015.
  • RIBEIRO, H. B.; VILLEGAS, C. E. P. ; BAHAMON, D. A. ; MURACA, D. ; CASTRO NETO, A. H. ; de SOUZA, E. A. T. ; ROCHA, A. R. ; PIMENTA, M. A. ; de MATOS, C. J. S. . Edge phonons in black phosphorus. Nature Communications, v. 7, p. 12191, 2016.
  • RIBEIRO, HENRIQUE B.; PIMENTA, MARCOS A. ; DE MATOS, CHRISTIANO J.S. . Raman spectroscopy in black phosphorus. JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY, v. 49, p. 76-90, 2018.
  • RIBEIRO, H.B.; SATO, K. ; ELIEL, G.S.N. ; DE SOUZA, E.A.T. ; LU, CHUN-CHIEH ; CHIU, PO-WEN ; SAITO, R. ; PIMENTA, M.A. . Origin of van Hove singularities in twisted bilayer graphene. Carbon (New York), v. 90, p. 138-145, 2015.

Além de artigos provenientes de colaborações:

  • ELIEL, G. S. N. ; MOUTINHO, M. V. O. ; GADELHA, A. C. ; RIGHI, A. ; CAMPOS, L. C. ; RIBEIRO, H. B. ; CHIU, PO-WEN ; WATANABE, K. ; TANIGUCHI, T. ; PUECH, P. ; PAILLET, M. ; MICHEL, T. ; VENEZUELA, P. ; PIMENTA, M. A. . Intralayer and interlayer electron-phonon interactions in twisted graphene heterostructures. Nature Communications, v. 9, p. 1221, 2018.
  • ELIEL, G. S. N. ; RIBEIRO, H. B. ; SATO, K. ; SAITO, R. ; LU, CHUN-CHIEH ; CHIU, PO-WEN ; Fantini, C. ; RIGHI, A. ; PIMENTA, M. A. . Raman Excitation Profile of the G-band Enhancement in Twisted Bilayer Graphene. BRAZILIAN JOURNAL OF PHYSICS, v. 47, p. 589-593, 2017.
  • COSTA, M C FERRAZ DA ; RIBEIRO, H B ; KESSLER, F ; SOUZA, E A T DE ; FECHINE, G J M . Micromechanical exfoliation of two-dimensional materials by a polymeric stamp. Materials Research Express, v. 3, p. 025303, 2016.
  • FARIA, PAULA C. ; SANTOS, LUARA I. ; COELHO, JOAO PAULO ; RIBEIRO, HENRIQUE BUCKER ; PIMENTA, MARCOS A. ; LADEIRA, LUIZ O. ; GOMES, DAWIDSON A. ; FURTADO, CLASCIDIA A ; GAZZINELLI, RICARDO . Oxidized multiwalled carbon nanotubes as antigen delivery system to promote superior CD8+ T cell response and protection against cancer. Nano Letters (Print), v. 14, p. 5458-70, 2014.

Durante o doutorado fui contemplado com o Prêmio Cientistas do Ano do Instituto Nanocell na categoria ‘Nanotecnologia: da produção à aplicação’.

Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?

frase henrique

Henrique Bücker Ribeiro: – O diálogo aberto com meus mentores, as colaborações, as agências de fomento, o programa de pós-graduação e a universidade, as discussões com os colegas, o apoio dos meus pais, apoio dos técnicos, um bom ambiente de trabalho, dedicação e esforço e muitos outros. Um bom trabalho pode ser obtido quando todos esses elementos estão presentes. A ausência de apenas um já é o suficiente para comprometer o trabalho.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.

Henrique Bücker Ribeiro: – Não espere que bons resultados aconteçam de imediato e não desanime quando for o caso. Na maioria das vezes as coisas vão dar errado e, mesmo assim, nada será desperdiçado. Um bom resultado pode ser atingindo ao superar essas dificuldades pensando no problema.


Entrevista com Adriano dos Santos, vencedor do prêmio à melhor tese da área de Química.

  • Tese: Desenvolvimento de biossensor impedimétrico/capacitivo para detecção de biomarcadores de importância clínica. Disponível em: https://repositorio.unesp.br/handle/11449/150274
  • Autor: Adriano dos Santos. CV Lattes:  http://lattes.cnpq.br/2204509974401281
  • Orientador: Paulo Roberto Bueno (Instituto de Química de Araraquara – UNESP).
  • Coorientadora: Maria del Pilar Taboada Sotomayor (Instituto de Química de Araraquara –  UNESP).
  • Instituição: Instituto de Química de Araraquara da Universidade Estadual Paulista (UNESP).
Adriano dos Santos
Adriano dos Santos

Para Adriano dos Santos (35 anos, natural de Araraquara – SP), as aulas de laboratório que teve na graduação em Química da UNESP, no campus de Araraquara, foram verdadeiros alicerces da sua formação. As ferramentas e competências desenvolvidas nessas aulas práticas foram muito úteis para Santos, tanto nos estágios que realizou numa empresa que produz tintas e revestimentos, quanto nos estágios de iniciação científica realizados na UNESP, com orientação dos professores Antonio Eduardo Mauro e Paulo Roberto Bueno.

Em 2010, Santos iniciou o mestrado em Química, também na UNESP e com orientação do professor Bueno. Durante a pesquisa de mestrado, na qual ele desenvolveu um dispositivo piezoelétrico para compreender um processo biológico, Santos começou a aprender sobre temas relacionados a biossensores e a desenvolver especial interesse nessa área de pesquisa. Depois de defender a dissertação, e enquanto trabalhava em uma empresa do setor químico, Santos decidiu fazer doutorado em algum tema relacionado a biossensores. Em 2013, iniciou as atividades do doutorado. Novamente com orientação do professor Bueno e com coorientação da professora Maria del Pilar Taboada Sotomayor, ele desenvolveu seu projeto de pesquisa no Instituto de Química de Araraquara da UNESP. De setembro de 2016 a fevereiro de 2017, Santos esteve na Universidade de Oxford (Inglaterra) realizando uma parte da pesquisa sob orientação do professor Jason Davis. “Isso possibilitou expandir meus conhecimentos e análise crítica, com inestimável ganho em experiência e capacitação profissional”, diz Santos.

Na sua tese, Santos apresentou uma nova aplicação de técnicas existentes que gerou biossensores com possíveis aplicações na detecção de trombose e de câncer e no estudo de fenômenos biológicos.  Atualmente, o vencedor do prêmio continua trabalhando nessa área junto ao professor Bueno, como bolsista de pós-doutorado.

Boletim da SBPMat: – Na sua visão, qual é a mais relevante contribuição da tese premiada?

Adriano dos Santos: – Os biossensores estão, atualmente, recebendo considerável destaque por seu potencial econômico (em nível de investimento e mercado) e social (impacto na saúde e qualidade de vida populacional). Esses dispositivos, sendo o glicosímetro (aparelho que mede o teor de glicose diretamente do sangue) o seu maior exemplo, têm a capacidade de realizar diagnóstico clínico de forma mais rápida que os métodos atuais, bem como apresentam limites de detecção (menor quantidade que pode ser detectada numa amostra) adequados para o diagnóstico precoce. A detecção precoce é altamente relevante quando se deseja, por exemplo, realizar o diagnóstico de câncer. Isto ocorre porque as chances de cura e o tempo de sobrevida de pacientes com essa doença são maiores quando ela é detectada em estágios iniciais. Em minha tese foi demonstrado que, por meio de uma transdução eletroquímica de sinal de reconhecimento biológico, chamada de capacitância eletroquímica, e também por meio de uma nova análise de dados conhecida por funções de imitância, existe o potencial de realizar o diagnóstico de determinadas doenças de forma sensível e precoce, incluindo câncer e trombose, sem a necessidade de utilizar marcadores enzimáticos ou fluorescentes empregados na análise clínica atual. Além disso, também foi demonstrado de forma inédita o uso dessa abordagem eletroquímica inovadora no desenvolvimento de interfaces com potenciais aplicações na glicobiologia. A importância dessa abordagem é fornecer uma nova ferramenta que ajudará os pesquisadores a compreenderem processos que estão relacionados com a interação de proteínas e carboidratos. Neste contexto, pode-se englobar processos de invasão celular (cujos conhecimentos poderão auxiliar no desenvolvimento de vacinas), e a compreensão do mecanismo de formação e proliferação de tumores. Possivelmente, essa nova abordagem poderá um dia ser empregada no desenvolvimento de uma plataforma tecnológica para o desenvolvimento de glycoarrays (isto é, técnicas que permitem o estudo de interações entre proteínas e carboidratos).

(a) Exemplo de interface para a detecção de biomarcadores (moléculas relacionadas com determinada doença). A interface é constituída por uma monocamada composta por espécie eletroativa e o elemento de reconhecimento (como, por exemplo, anticorpo). A interação entre o elemento de reconhecimento e o biomarcador ocasiona uma alteração no sinal de capacitância eletroquímica (b), possibilitando construir curvas de calibração ou de saturação (c).
(a) Exemplo de interface para a detecção de biomarcadores (moléculas relacionadas com determinada doença). A interface é constituída por uma monocamada composta por espécie eletroativa e o elemento de reconhecimento (como, por exemplo, anticorpo). A interação entre o elemento de reconhecimento e o biomarcador ocasiona uma alteração no sinal de capacitância eletroquímica (b), possibilitando construir curvas de calibração ou de saturação (c).

Boletim da SBPMat: – Cite os principais resultados gerados a partir da tese premiada.

Adriano dos Santos: – Especificamente da tese, foram cinco trabalhos publicados:

  • Santos, A., J.J. Davis, and P.R. Bueno, Fundamentals and Applications of Impedimetric and Redox Capacitive Biosensors. Journal of Analytical & Bioanalytical Techniques, 2014.
  • Marques, S.M., Santos, A. et al., Sensitive label-free electron chemical capacitive signal transduction for D-dimer electroanalysis. Electrochimica Acta, 2015. 182: p. 946-952.
  • Santos, A., et al., Impedance-derived electrochemical capacitance spectroscopy for the evaluation of lectin–glycoprotein binding affinity. Biosensors and Bioelectronics, 2014. 62: p. 102-105.
  • Santos, A. and P.R. Bueno, Glycoprotein assay based on the optimized immittance signal of a redox tagged and lectin-based receptive interface. Biosensors and Bioelectronics, 2016. 83: p. 368-378.
  • Santos, A., P.R. Bueno, and J.J. Davis, A dual marker label free electrochemical assay for Flavivirus dengue diagnosis. Biosensors and Bioelectronics, 2018. 100: p. 519-525.

Além, no mesmo período de minha pesquisa no doutorado, houve mais seis artigos publicados, em parceria, sobre temas relacionados com a tese.

  • Lehr, J., et al., Mapping the ionic fingerprints of molecular monolayers. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017. 19, p. 15098-15109
  • Piccoli, J.P., et al., The self-assembly of redox active peptides: Synthesis and electrochemical capacitive behavior. Peptide Science, 2016. 106(3): p. 357-367.
  • Cecchetto, J., et al., An impedimetric biosensor to test neat serum for dengue diagnosis. Sensors and Actuators B: Chemical, 2015. 213: p. 150-154.
  • Santos, A., et al., Redox-tagged peptide for capacitive diagnostic assays. Biosensors and Bioelectronics, 2015. 68: p. 281-287.
  • Carvalho, F., et al., Evaluating the Equilibrium Association Constant between ArtinM Lectin and Myeloid Leukemia Cells by Impedimetric and Piezoelectric Label Free Approaches. Biosensors, 2014. 4(4): p. 358-369.
  • Fernandes, F.C.B., et al., Comparing label free electrochemical impedimetric and capacitive biosensing architectures. Biosensors and Bioelectronics, 2014. 57: p. 96-102.

Importante também frisar que, nesse período, uma empresa de diagnóstico clínico foi criada, tendo como fundadores o meu orientador da tese, o Prof. Dr. Paulo Roberto Bueno, e o Prof. Dr. Jason Davis, da Universidade de Oxford. Essa empresa, Osler Diagnostics, é uma spinout situada na cidade de Oxford, Inglaterra, que está utilizando parte da pesquisa gerada nessa tese para o seu desenvolvimento tecnológico.

Boletim da SBPMat: – Do seu ponto de vista, brevemente, quais são os principais fatores que permitiram a realização de um trabalho de pesquisa destacado em nível nacional (a sua tese)?

Adriano dos Santos: – São inúmeros esses fatores, das quais se destacam a infraestrutura da instituição, que contém equipamentos e profissionais capacitados para a realização de ensaios e medições que dão alicerce à teoria, bem como suporte à pesquisa desde a biblioteca à seção técnica de pós-graduação, incluindo todo o corpo de funcionários; a excelência do grupo de pesquisadores da UNESP- Instituto de Química, nos quais se incluem meu orientador (Prof. Dr. Paulo Roberto Bueno) e coorientadora (Profa. Dra. Maria Del Pilar Taboada Sotomayor) da tese, que me auxiliaram com muitos conselhos e aprendizado; a possibilidade de prestigiar eventos científicos internacionais, em que a importância do domínio do inglês como segundo idioma foi crucial para promover troca de saberes entre os pesquisadores nos eventos; a parceria entre a UNESP com a Universidade de Oxford por meio de um MoU (memorandum of understanding), que estimula os pesquisadores a realizarem cooperação acadêmica, elevando o nível de discussão científica, e do qual favoreceu meu estágio no exterior nessa universidade, sob orientação do Prof. Dr. Jason Davis; e o financiamento de órgãos federais (CAPES e CNPq) e estadual (FAPESP) por meio de projetos temáticos e bolsa de doutorado.

Aproveito e gostaria de deixar registrado o meu agradecimento a todo o Instituto de Química-Campus de Araraquara (técnicos, professores e pesquisadores) envolvidos com minha tese, à Universidade de Oxford, em especial ao Prof. Dr. Jason Davis, por ter-me recebido em seu laboratório, aos familiares e amigos, bem como à CAPES, CNPq e FAPESP pelo suporte financeiro.

Boletim da SBPMat: – Deixe uma mensagem para nossos leitores que são estudantes de graduação ou pós-graduação.

frase adrianoAdriano dos Santos: – A ciência é bela, e como uma escultura, exige o esforço de lapidar a pedra para que a arte se revele. A caminhada até o objetivo é como um percurso, muitas vezes tortuoso, que nos engana e nos obriga a redirecionar nossas trajetórias. A ciência não é algo linear, em que o conhecimento está pronto e acabado, mas sim uma constante revisão e avanço do que está sendo feito, em especial em aplicações em novas tecnologias, que exigem “regressos” e novas interpretações de conhecimentos antes dados como intocáveis. Desta forma, será comum ao aluno de graduação (quando numa iniciação científica) e, em especial, ao de pós-graduação, se deparar com resultados inesperados ou de difícil interpretação, que por muitas vezes podem ser motivos de desmotivação e abandono de seu projeto de pesquisa. A única forma de superar esses problemas é por meio da conduta ética e profissionalismo, em saber reconhecer as próprias limitações e buscar auxílio constante de seu orientador ou demais pesquisadores da área. É também estar sempre de mente aberta e se questionar, não com ceticismo, mas tendo a ponderação de entender o sistema objeto de seu estudo.

Não menos importante é lembrar que é necessária a proximidade da família e que amizades sejam cultivadas. Dedicar-se ao lazer como passatempos e leituras diversas, diferentes daquelas que geralmente estamos acostumados na academia, são cruciais. Considere em praticar uma atividade física e estudar um segundo idioma, em especial o inglês, pois certamente aparecerão oportunidades em que esse idioma será crucial para o avanço na carreira profissional, seja como docente numa universidade, seja como profissional numa indústria.

Entrevista com Susan Trolier-McKinstry (PennState – EUA), presidente da Materials Research Society (MRS).


foto susan
Prof. Susan Trolier-McKinstry

Materiais piezoelétricos convertem energia mecânica em elétrica e vice-versa. Eles já são amplamente utilizados em ultrassonografia, impressoras de jato de tinta, sistemas de sonar, sensores e métodos de posicionamento preciso. Sistemas microeletromecânicos (MEMS) de filmes finos piezoelétricos permitem as comunicações por telefones celulares e poderão gerar novas mudanças tecnológicas de alto impacto social. De fato, o campo dos MEMS  já está gerando máquinas microscópicas capazes de captar informações do ambiente, processá-las e, a partir delas, realizar operações envolvendo movimento.

O assunto será abordado em palestra plenária do XVI Encontro da SBPMat/ B-MRS Meeting pela professora Susan Trolier-McKinstry, que lidera um grupo de pesquisa na Penn State (The Pennsylvania State University, EUA) com ampla experiência no estudo e desenvolvimento de filmes finos piezoelétricos e seu uso em MEMS. Na palestra, a cientista revelará como faz para melhorar o desempenho de seus filmes finos piezoelétricos para utilizá-los, por exemplo, como sensores e atuadores e na chamada “colheita de energia” (captura de pequenas quantidades de energia mecânica espalhadas no ambiente para transformá-las em energia elétrica e utilizá-las em dispositivos de baixo consumo).

Trolier-McKinstry ocupa a cadeira Steward S. Flaschen de Ciência e Engenharia de Materiais Cerâmicos na Penn State, além de ser professora de Engenharia Elétrica e diretora do Laboratório de Nanofabricação nessa universidade. A cientista também é a atual presidente da Materials Research Society (MRS), a sociedade de pesquisa em materiais dos Estados Unidos que conta com um quadro de membros internacional e interdisciplinar formado por cerca de 14 mil indivíduos. Anteriormente, Trolier-McKinstry foi presidente da IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Society e da Keramos National Professional Ceramic Engineering Fraternity.

Susan Trolier-McKinstry nasceu em Syracuse, no estado de Nova Iorque. Depois de realizar seus estudos primários e secundários em escolas públicas de cidades dos estados vizinhos de Nova Iorque e Pensilvânia, entrou na universidade do Estado de Pensilvânia para estudar Ciência e Engenharia de Materiais Cerâmicos. Em 4 anos de estudos, que incluíram seu primeiro trabalho de pesquisa sobre cerâmicas piezoelétricas, obteve os diplomas de graduação e mestrado. Logo depois, em 1987, iniciou o doutorado em Ciência dos Materiais Cerâmicos, também na Penn State, que incluiu um estágio de pesquisa no Laboratório Central de Pesquisa da Hitachi em Tóquio (Japão). Tanto no mestrado quanto no doutorado, Trolier-McKinstry foi orientada pelo professor Robert E. Newnham, um especialista em minerais e cristalografia que criou, no final da década de 1970 criou um transdutor de material compósito piezoelétrico que hoje é amplamente utilizado em aparelhos de ultrassom. Susan Trolier-McKinstry obteve o diploma de PhD em 1992 e, no mesmo ano, iniciou sua carreira acadêmica na Penn State.

A professora Trolier-McKinstry é editora associada do periódico Applied Physics Letters. É fellow da American Ceramic Society, IEEE e Materials Research Society e acadêmica da World Academy of Ceramics. Ela já recebeu vários prêmios e distinções por seu trabalho de pesquisa e ensino, como o “Ferroelectrics Achievement Award” da IEEE, o “Outstanding Educator Award” do Ceramic Education Council e o “Robert L. Coble Award for Young Scholars” da American Ceramic Society, entre outros. Além disso, sua biografia foi incluída no livro “Successful Women Ceramic and Glass Scientists and Engineers: 100 Inspirational Profiles”, lançado em 2016.

Além de ter desenvolvido uma destacada trajetória em pesquisa, com mais de 12 mil citações a seus trabalhos e um índice h de 56 segundo o Google Scholar, a professora Trolier-McKinstry é uma professora apaixonada por dar aulas e orgulhosa dos estudantes que orientou.

Segue uma breve entrevista com a cientista.

SBPMat: – Descreva brevemente quais são, na sua opinião, as suas principais contribuições científicas no assunto da palestra plenária. Fique à vontade para compartilhar referências bibliográficas.

Susan Trolier-McKinstry: – O meu grupo de pesquisa trabalha em três áreas principais: 1) compreensão dos fatores que controlam a magnitude das respostas dielétricas e piezoelétricas dos materiais, 2) ciência do processamento de filmes eletrocerâmicos, 3) demonstração de sistemas microeletromecânicos de baixa tensão para atuadores, sensores e colheita de energia. Na área fundamental, estudamos o papel que a estrutura de domínios e as paredes de domínio desempenham no controle das propriedades de filmes piezoelétricos de alta deformação baseados em composições ferroelétricas. Nós demonstramos a escala do comprimento em que paredes de domínio se movem coletivamente e quantificamos o papel que as bordas de grãos e a química de defeitos têm na influência da mobilidade da parede do titanato de zirconato de chumbo. Também contribuímos para o desenvolvimento de materiais com coeficientes piezoelétricos que são várias vezes maiores que os dos filmes finos convencionais, bem como os filmes cujo desempenho na colheita de energia é dezenas de vezes maior que o dos filmes convencionais. Em muitos casos, foi necessário inventar e calibrar novas ferramentas para avaliar as propriedades piezoelétricas. Uma vez que os materiais interessantes são desenvolvidos, trabalhamos em compreender como escalar a deposição para grandes tamanhos de substrato e substratos alternativos, como polímeros, vidros e metais. Também é crítico poder modelar lateralmente os filmes piezoelétricos sem degradar suas propriedades. Assim, o grupo também estuda métodos de padronização para comprimentos que variam de 100 nm a 200 mm. Como as propriedades dos materiais piezoelétricos de alta deformação têm forte relação com a composição e cristalinidade, é imperativo desenvolver processos de padronização que não degradem nenhum desses fatores. Finalmente, criamos sistemas microeletromecânicos em uma ampla gama de espaços de aplicação, incluindo óptica adaptativa, switches rf, sensores de aceleração, colheitadeiras de energia e interruptores de substituição CMOS.

SBPMat: – Por que utilizar materiais piezoelétricos na tecnologia MEMS?

Susan Trolier-McKinstry: – Muitos dispositivos MEMS destinam-se a gerar ou a detectar o movimento. Os materiais piezoelétricos permitem que isso seja feito com sensibilidade muito alta nos sensores e com baixas tensões nos atuadores. Assim, é possível substituir dispositivos eletrostáticos de alta tensão por alternativas piezoelétricas de baixa tensão. Isso, por sua vez, simplifica o sistema elétrico e permite uma miniaturização significativa de dispositivos. Por exemplo, agora estamos trabalhando em um sistema médico de ultrassom para imagens que é pequeno o suficiente para que todo o dispositivo (incluindo toda a eletrônica) possa ser colocado em uma pílula e engolido para investigação do trato gastrointestinal.

SBPMat: – Seu grupo de pesquisa já fabricou dispositivos MEMS piezoelétricos. Algum desses sistemas saiu do laboratório para ser comercializado?

Susan Trolier-McKinstry: – O campo dos MEMS piezoelétricos está explodindo agora. Assim, muitos dos desenvolvimentos de materiais que fizemos ao longo dos anos estão sendo utilizados em sistemas que estão sendo comercializados agora.

SBPMat: – Quais são, na sua opinião, os principais desafios ou objetivos que as sociedades de pesquisa em materiais têm hoje?

Susan Trolier-McKinstry: – As sociedades científicas desempenham papéis cruciais para melhorar a comunicação científica e ajudar seus membros a terem carreiras produtivas. As sociedades de pesquisa em materiais sustentam a essencial comunicação interdisciplinar através de reuniões e publicações, porque nosso campo se enquadra na junção de química, física e engenharia. Assim, é comum ver colegas de diferentes disciplinas se reunirem e discutir questões-chave interdisciplinares em reuniões de pesquisa de materiais. É chave para o nosso futuro promover a diversidade de pessoas e campos abrangidos pela sociedade.

SBPMat: – Na sua visão, de que maneira as comunidades da MRS e SBPMat poderiam aprofundar interação de maneira produtiva?

Susan Trolier-McKinstry: – Existem muitas possibilidades aqui. Bons exemplos podem ser identificar um determinado programa conjunto em torno de um objetivo de educação, divulgação ou comunicação. Uma possibilidade seria estabelecer um programa conjunto para traduzir materiais educacionais de um idioma para outro para aumentar a qualidade da educação em materiais em todo o mundo. Outras possibilidades podem ser a programação conjunta de um simpósio em um encontro, ou utilizar veículos de publicação como a MRS Advances para tornar os trabalhos apresentados nos encontros da SBPMat mais amplamente disponíveis. Tudo isso dependerá de boas interações entre as pessoas e as sociedades envolvidas.


Mais informações

No site do XVI Encontro da SBPMat, clique na foto de Susan Trolier-McKinstry e o mini CV dele e o resumo da palestra que proferirá no evento: http://sbpmat.org.br/16encontro/home/

Artigo em destaque: Muita ciência e uma dose de acaso para chegar à receita de um nanocompósito multifuncional.


O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: One material, multiple functions: graphene/Ni(OH)2 thin films applied in batteries, electrochromism and sensors. Eduardo G. C. Neiva, Marcela M. Oliveira, Márcio F. Bergamini, Luiz H. Marcolino Jr & Aldo J. G. Zarbin. Scientific Reports 6, 33806 (2016). doi:10.1038/srep33806. Link para o artigo: http://www.nature.com/articles/srep33806

 

Muita ciência e uma dose de acaso para chegar à receita de um nanocompósito multifuncional

boxnioh2Artigo recentemente publicado no periódico científico Scientific Reports, do grupo Nature, reporta um estudo realizado em universidades do estado do Paraná (Brasil) sobre um material baseado no hidróxido de níquel Ni(OH)2 – composto de grande interesse tecnológico [ver box ao lado]. A equipe de autores desenvolveu um método inovador para fabricar um material formado por grafeno e nanopartículas de hidróxido de níquel, fez filmes finos com esse material e demonstrou a eficiência desses filmes quando usados como eletrodos de baterias recarregáveis, sensores de glicerol e materiais eletrocrômicos.

O trabalho foi realizado dentro da pesquisa de doutorado de Eduardo Guilherme Cividini Neiva, sob orientação do professor Aldo José Gorgatti Zarbin, no Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal do Paraná (UFPR). Neiva começou a realizar trabalhos de pesquisa sobre nanopartículas de níquel na graduação, orientado pelo professor Zarbin. No mestrado, ainda com Zarbin, o estudante desenvolveu uma rota de preparação de nanopartículas de níquel metálico para aplicações eletroquímicas. Finalizado o mestrado, Neiva e Zarbin se propuseram a dar continuidade à pesquisa no doutorado de Neiva, incluindo o grafeno na preparação das nanopartículas de níquel metálico para obter nanocompósitos de níquel e grafeno com propriedades diferenciadas. “A maior parte dos meus interesses científicos estão voltados na preparação de materiais com nanoestruturas de carbono, como nanotubos e grafeno”, contextualiza o professor Zarbin, que assina o artigo da Scientific Reports como autor correspondente.

Os primeiros trabalhos no laboratório já surpreenderam a dupla. Na presença do óxido de grafeno (usado como precursor do grafeno na preparação do material), o processo tomava um rumo diferente. Nesse momento, Neiva e Zarbin enxergaram o potencial dessas particularidades: se bem compreendidas, poderiam ser controladas e utilizadas para preparar nanocompósitos, não apenas de níquel metálico, mas também de hidróxido de níquel, o que abriria novas possibilidades de aplicação. “Há uma frase que gosto muito, do Louis Pasteur, que se aplica perfeitamente nesse caso: “o acaso favorece as mentes bem preparadas””, diz Zarbin.

Partindo dessa base, orientando e orientador criaram um processo simples e direto para fabricação de nanocompósitos de grafeno e hidróxido de níquel. Nesse processo inovador, ambos os componentes são sintetizados em conjunto, em uma única reação de apenas uma etapa. Usando essa técnica, Neiva fabricou os nanocompósitos. Amostras de hidróxido de níquel puro também foram produzidas, para poder compará-las com os nanocompósitos.

As amostras foram estudadas por meio de uma série de técnicas: difração de raios X, espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (FEG-MEV), e também por meio de imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) realizadas pela professora Marcela Mohallem Oliveira, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). A comparação entre os dois materiais foi favorável ao nanocompósito. “O grafeno teve papel fundamental na estabilização das partículas em escala nanométrica, no aumento da estabilidade química e eletroquímica das nanopartículas, e no aumento da condutividade do material, fundamental para uma melhora nas aplicações desejadas”, comenta Aldo Zarbin.

Aldo José Gorgatti Zarbin (à esquerda de quem olha) e Eduardo Guilherme Cividini Neiva, autores principais do trabalho, no equipamento FEG-MEV do Grupo de Química de Materiais da UFPR.
Aldo José Gorgatti Zarbin (à esquerda de quem olha) e Eduardo Guilherme Cividini Neiva, autores principais do trabalho, no equipamento FEG-MEV do Grupo de Química de Materiais da UFPR.

A etapa seguinte consistiu no processamento dos nanocompósitos e das nanopartículas de hidróxido de níquel puro para obter filmes finos, formato que possibilita seu uso nas aplicações desejadas. “Depositar materiais na forma de filmes, recobrindo diferentes superfícies, é um desafio tecnológico imenso, que se torna maior e mais desafiador quando se trata de materiais multicomponentes e materiais insolúveis, infusíveis e intratáveis (todas características do material reportado nesse artigo)”, explica Zarbin.

Para superar esse desafio, Neiva utilizou uma rota de processamento, chamada de método interfacial líquido/líquido, desenvolvida em 2010 pelo grupo de pesquisa liderado por Zarbin, o Grupo de Química de Materiais da UFPR. Essa rota, além de ser simples e barata, afirma o professor Zarbin, permite depositar materiais complexos na forma de filmes homogêneos e transparentes sobre vários tipos de materiais, incluindo plásticos. “Essa rota se baseia na alta energia existente na interface de dois líquidos imiscíveis (água e óleo, por exemplo), onde o material é inicialmente estabilizado para minimizar essa energia, possibilitando sua posterior transferência para substratos de interesse”, detalha o cientista.

Com os nanocompósitos, Neiva obteve filmes finos transparentes de cerca de 100 a 500 nm de espessura, com nanopartículas de cerca de 5 nm de diâmetro homogeneamente distribuídas sobre as folhas de grafeno. O hidróxido de níquel puro, diferentemente, gerou filmes formados por nanopartículas esféricas porosas de 30 a 80 nm de diâmetro, distribuídas de modo heterogêneo, formando aglomerados em algumas regiões.

Na fase final do trabalho, os filmes depositados sobre vidro e ITO (óxido de índio e estanho), foram testados em três aplicações, nas quais o nanocompósito teve desempenho superior ao hidróxido de níquel puro.  Enquanto material para eletrodos de baterias alcalinas recarregáveis, o nanocompósito apresentou alta energia e alta potência – dois pontos positivos que não é fácil encontrar num mesmo material. O nanocompósito também demonstrou uma boa performance como sensor eletroquímico. De fato, experimentos idealizados pelos professores Márcio Bergamini e Luiz Marcolino Jr, também da UFPR, mostraram que o nanocompósito é um sensor sensível de glicerol (composto conhecido comercialmente como glicerina e usado em várias indústrias). Finalmente, o nanocompósito agiu como eficiente material eletrocrômico. Com essas características, os filmes do grupo da UFPR têm chances sair do laboratório e fazer parte de produtos inovadores. “Isso depende de parceiros que se interessem em escalonar o método e testar em dispositivos reais”, diz Zarbin.

Por enquanto, além de artigos científicos como o publicado na revista Scientific Reports, o trabalho gerou várias patentes, tanto sobre o método de deposição dos filmes finos quanto sobre suas aplicações em sensores de gases, eletrodos transparentes, dispositivos fotovoltaicos e catalisadores. “E já desenvolvemos uma bateria flexível, que só foi possível graças à técnica de deposição de filmes que desenvolvemos”, complementa o professor Zarbin.

O trabalho, que foi desenvolvido dentro dos projetos macro “INCT de nanomateriais de carbono” e “Núcleo de Excelência em Nanoquímica e Nanomateriais”, contou com financiamento das agências federais Capes e CNPq, e da Fundação Araucária, de apoio ao desenvolvimento científico e tecnológico do estado do Paraná.

 

Esta figura, enviada pelos autores do paper, condensa as principais contribuições do trabalho. No centro, um balão com dois líquidos e o filme na interface representa o método de processamento de filmes finos. À esquerda consta um esquema do filme, com as nanopartículas de hidróxido de níquel sobre a folha de grafeno. Logo à direita do balão, uma fotografia do filme depositado sobre um substrato de quartzo mostra a homogeneidade e transparência do filme (é possível ler um texto que está debaixo dele). Finalmente, à direita, de cima pra baixo, as três aplicações são mostradas através de uma curva de descarga (bateria), de uma curva de variação de transmitância pelo potencial aplicado (eletrocromismo) e de uma curva analítica mostrando a variação linear da intensidade da corrente em função da concentração de glicerol no meio (sensor).